電動汽車充電技術發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢分析

摘要：在全球變暖與能源短缺的背景下，電動汽車（EV）作為一種清潔高效的交通方式，逐漸成為未來交通的主要構成部分，電動汽車的推廣和普及需要良好的充電設備支撐。基于此，對我國目前的電動車充電設施經(jīng)營企業(yè)進行歸納總結，分析了目前電動汽車充電技術和面臨的問題，探究了未來充電技術的發(fā)展方向。

關鍵詞：電動汽車；充電技術；充電設施；無線充電；大功率充電樁

中圖分類號：U469收稿日期：2024-11-11

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.01.030

1前言

隨著國家對電動汽車產(chǎn)業(yè)的大力支持，電動車產(chǎn)業(yè)進入了高速發(fā)展期，然而其充電問題制約了電動汽車進一步發(fā)展。自2015年《國務院辦公廳關于加快新能源汽車充電基礎設施建設的指導意見》發(fā)布以來，各級管理部門相繼出臺了一系列扶持、引導充電基礎設施的政策。

2充電設施運營企業(yè)發(fā)展多樣化

在國內(nèi)，當前的電動汽車普遍使用的是低速充電和直流充電兩種方式。特別是一些A0級和A00級的純電動汽車，出于節(jié)約成本和短途行駛的考慮，只保留了AC接口，取消了直流接口。便攜式小功率直流充電電動機的供電電源是220V的交流電網(wǎng)，同樣電量條件下，在保證同等容量的情況下，實現(xiàn)更輕的質量和更高的續(xù)航里程是未來汽車制造商的重點發(fā)展方向。但是，由于基礎設施建設與運行過程中涉及諸多難點和問題，對其進行深入的研究，將有利于推動我國電動汽車行業(yè)的健康發(fā)展［1］。

2.1細分領域眾多

目前充電樁的生產(chǎn)、運營平臺的搭建、充電樁的搭建、售后維護等多個領域并存，企業(yè)各有所長。這種企業(yè)多樣化的發(fā)展優(yōu)勢使每家公司都能在各自的科技領域發(fā)揮重要作用。如國家電網(wǎng)、南方電力屬于供電公司，可以與政府部門緊密合作，爭取以最快速度拿到用地，拿到充電樁的經(jīng)營資質。這類企業(yè)的優(yōu)勢在于擁有充足的資本，足以應對巨大的初始投入和較長的回報期，企業(yè)能進行產(chǎn)品研究、操作平臺開發(fā)、設備的維護等。這些企業(yè)具有較強的核心技術，資金實力雄厚。

2.2建樁類型分化

隨著電動汽車充電設施建設的加速，各種類型的建筑樁逐漸分化。為了實現(xiàn)快速積累財富的目標，許多充電站都選擇了大功率充電站，特別是雙槍型充電設備。這類充電站既能提高充電效率，同時又能為多輛車充電。例如，設計一座15kW的雙槍交流充電站和一座80kW或120kW的雙炮直流充電站，它們因功率大而備受青睞。在設計和建造大功率充電裝置的過程中，要增大充電裝置的功率、選用較粗的電纜以輸送較大的電流，再對其進行技術改造，使其能夠進行大功率充電［2］。圖1給出了公共充電樁的研究范圍。

3電動汽車充電技術及存在的困境

3.1感應式無線充電技術

感應型無線充電技術是一種通過對交流電磁場進行電磁感應的方法。從圖2可以看出，由發(fā)送線圈和接收線圈之間的交流磁場來傳遞電能，通過變換器和控制器來給電動汽車充電。該產(chǎn)品具有無線、易于實現(xiàn)硬件標準化等特點。由于輸電效率與輸電距離成反比，故輸電效率隨輸電距離的增大而降低。

目前制約無線充電技術發(fā)展的主要瓶頸在于電磁兼容性，而封閉式智能停車場則是一種有效的解決方案，但其昂貴的價格制約了該技術的推廣［3］。此外，在這種充電模式下，收發(fā)線圈必須精確定位，誤差超過幾厘米就會影響到感應。

3.2傳導式充電技術

傳導式充電技術是一種在電動汽車上被廣泛使用的充電模式（圖3），其原理是在充電裝置和電動車之間建立物理聯(lián)系，并通過線纜向蓄電池傳輸電能。該充電過程主要包括以下幾點：

a.充電模塊，用于能量的轉化；b.充電狀態(tài)的監(jiān)測；c.充電過程中的安全與穩(wěn)定性；d.充電過程中的計費；e.在實際應用中，導氣式充電技術除了要保證充電接口的規(guī)范統(tǒng)一、充電參數(shù)的準確控制外，還需要對充電過程中的計費等環(huán)節(jié)進行規(guī)范管理。

另外，充電站的合理布置也是提升充電效率與便利性的關鍵。然而，在充電過程中也存在不可忽視的安全隱患，必須采取多種措施來保證充電過程的安全性和可靠性。

3.3換電技術

換電就是把電動車上用完電的電池拆下來，用已經(jīng)充滿電的電池來代替。該技術的主要優(yōu)點是可以大幅提高電動汽車的續(xù)航里程，大大提高使用者的出行效率。但是，電動汽車的普及與應用還存在諸多問題，具體如下：

a.建立一個換電站是一項巨大的投資，包括土地、設備和人員的投資。

b.在汽車充電過程中，必須有一個統(tǒng)一的汽車動力電池規(guī)范。不同品牌和車型的電動汽車所需的電池也不盡相同，因此有必要建立一套符合各類電動汽車需求的統(tǒng)一標準。

c.對充電業(yè)務的費用進行會計處理。充電站既要滿足用戶的需求，又要保證自己的經(jīng)濟利益。所以，如何在保證充電站收益的前提下，為用戶提供合理的充電收費，是一個值得探討的課題。

d.對電力系統(tǒng)進行改造后的系統(tǒng)風險評估。充電過程中，蓄電池的拆裝對整車造成了較大的沖擊，所以必須對充電后的整車進行嚴格檢測，以保證整車的安全穩(wěn)定運行［4］。

4電動汽車充電技術發(fā)展趨勢

4.1諧振無線充電

諧振無線充電是一種以電磁諧振為基礎的高效能量傳輸方式，是一種新興的無線充電技術。其核心是收發(fā)兩個共振線圈，將兩者調至相同的頻率，使之發(fā)生共振，實現(xiàn)無需肢體接觸即可實現(xiàn)能量轉移。

本課題提出一種新型諧振式無線充電方式，能夠延長電池的續(xù)航時間，并提升電池的能量轉化效率。而對于一輛純電動汽車，無需將車輛?？吭诔潆姌渡?，便可為其充電，這讓充電變得更加方便。此外，該課題的研究結果還可擴展至無人機等對續(xù)航能力要求較高、能量轉化效率較高的場合。

基于以上研究，本課題擬研究諧振式無線充電技術，并將其用于電動汽車等工業(yè)領域，為用戶提供更加便捷高效的充電體驗。

4.2大功率充電樁

電動汽車得到快速發(fā)展，已經(jīng)在公共交通、出租車、物流、共享單車等行業(yè)得到廣泛應用，但目前限制其發(fā)展的主要瓶頸是公共充電樁數(shù)量少、電池續(xù)航時間短。要想達到更遠的航程，就必須增大蓄電池的容量，提高蓄電池電壓，提高充電功率及充電電壓，縮短充電時間。因此，需要在現(xiàn)有的基礎上，構建高功率的充電樁，使之達到1000V/350A。高功率充電站的發(fā)展方向如下：

a.發(fā)展高功率的充電裝置。各充電模組的容量愈大，組成一座高功率充電站所需要的模組數(shù)愈多，模組之間交流與控制也就愈穩(wěn)定且可靠。

b.增加纜段的長度，增加載流量。

c.為提升充電站的使用效率，對熱管理技術進行改進。

4.3與新能源配套

新能源汽車屬于節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品，但充電環(huán)境存在可變性、隨機波動性。將新能源汽車的充電設備接入電網(wǎng)，電動汽車可以充當柔性負載及儲備設備，滿足新能源接入電網(wǎng)的需求，又能緩解新能源并網(wǎng)對電網(wǎng)的不利影響［5］。此外，將其接入部分商用區(qū)域，通過微電網(wǎng)參與當?shù)仉娋W(wǎng)的均衡。

4.4充電站的集中式和分布式布局

國產(chǎn)三元鋰、磷酸鐵鋰是我國主要的動力電池，單次使用的放電深度較低，電池的續(xù)航時間較長，理想的充電功率范圍為20%～90%。在動力電池的充電過程中，充放電過快或過慢都會造成電池的故障。在充電站或者充電樁的布局上，可以參考加油站的模式，先建立一個集中的充電站，然后根據(jù)市場的情況，建立一個分散的充電樁，讓車主能夠在最優(yōu)的充電時間內(nèi)進行充電，從而保證動力電池的續(xù)航能力。

4.5充電普及化、智能化

在新能源汽車產(chǎn)業(yè)標準的制定與實施過程中，對動力電池體系及電壓水平進行統(tǒng)一，對公用充電設備進行標準化，同時對電動汽車的充電接口、接口協(xié)議等進行標準化處理。作為電動汽車的供能裝置，必須具有大范圍的充電能力，能與各種類型的動力電池匹配，滿足多種類型動力電池的充電需求。

未來的充電業(yè)務將向智能化方向發(fā)展，將充當“中轉站”，通過對蓄電池的放電情況進行監(jiān)控，以達到無損耗的目的，防止過充和過久；通過智能充電技術的優(yōu)化，實現(xiàn)動力電池故障的自動診斷與維修；智能電力管理，實現(xiàn)即插即充，無接觸支付等功能。

4.6標準化的貿(mào)易清算方式

電動汽車的自身設計在一定程度上能影響能源消耗率，能反映出電動汽車對電能的利用率。能源利用率是由動力電池的能量轉化效率來決定的，使用高效率的充電設備是實現(xiàn)電動車節(jié)能減排的關鍵。降低電動能源消費成本和統(tǒng)一能源消費結算方式的，是新能源消費市場發(fā)展的趨勢。在充電和換電兩種方式中，需要通過資源整合，搭建信息交流平臺，降低各廠商的充換電產(chǎn)品的差異性，增強充換電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，制定標準化的交易結算方式，增強電動汽車的充換電作業(yè)的便利性和交易的安全［6］。

5結語

電動汽車的發(fā)展需要解決續(xù)航里程、運營成本、充電效率、電源管理等問題。隨著5G通信技術的發(fā)展，在電動汽車和智能電網(wǎng)的共同作用下，充換電設備的容量以及服務能力、投資運營等方面都會有新的突破，相關設施也會隨之而動，相關標準也會不斷完善，電動汽車的充電設備將會隨著科技的進步與市場的擴張得到改善，從而不斷推動電動汽車充電技術的發(fā)展。

參考文獻：

[1]范天騁，張越，陸一凡.無線充電技術在電動汽車上的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J].時代汽車，2023（1）：109-111.

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[3]鄧隱北，孫永德，鄧楚柏，等.電動汽車充電技術的最新動向--加速普及電動汽車的關鍵[J].磁性元件與電源，2023（6）：150-154.

[4]祁增軻.關于新能源電動汽車充電技術探索[J].時代汽車，2023（11）：89-91.

[5]李剛.新能源電動汽車充電技術研究[J].汽車周刊，2023（10）：1-3.

[6]巨洪軍.電池充電技術在新能源電動汽車領域的應用研究[J].汽車測試報告，2023（16）：44-46.

作者簡介：

左正濤，男，1998年生，助理工程師，研究方向為汽車檢測與維修、新能源汽車。